Экспериментальное определение длинны звуковой волны и частоты

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИННЫ ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ И ЧАСТОТЫ

Методика выполнения лабораторной работы

Оборудование: генератор звуковой ГЗ усилитель низкой частоты УНЧ, громкоговоритель ГД. микрофон МД, экран, лабораторный источник питания ЛИП-90 (2 шт.) или аккумулятор напряжением 5В, авометр, лента измерительная, проводники.

Цель работы: уяснить простые способы определения длины звуковой волны и связанной с ней частоты колебаний.

С данным оборудованием длину звуковой волны можно определять разными способами.

Если собрать установку, электрическая схема которой приведена на рисунке (Приложение 1), то микрофон будет принимать звук непосредственно от громкоговорителя и звук, отраженный от экрана. Очевидно, эти два сигнала проходят разный путь, прежде чем достигнуть микрофона. Следовательно, возникает разность хода волн. Пусть в какой-то момент звуковые сигналы от громкоговорителя и экрана достигнут микрофона в одинаковой фазе, тогда гальванометр (авометр со шкалой 0,5 мА) покажет максимальное значение. При перемещении экрана от микрофона на расстояние разность хода волн изменится на . При перемещении же экрана на четверть волны разность хода волн изменится на полволны, рассматриваемые сигналы придут к микрофону в противофазе и гальванометр покажет минимальное значение. Например, если экран переместить на расстояние , то, очевидно, стрелка прибора 6 раз отклонится до максимума, отсюда длина волны .

При выполнении лабораторной работы громкоговоритель и микрофон устанавливают рядом рупорами в направлении к экрану. Вблизи микрофона и громкоговорителя находят такое, положение экрана, при котором стрелка гальванометра показывает максимум (или минимум). В работе можно использовать либо готовый экран размером 160x100 мм на подставке, либо книгу с плотной обложкой. Измерительной лентой измеряют расстояние от экрана так, чтобы его край совпадал с началом отсчета. По мере удаления экрана замечают положения, при которых стрелка прибора показывает максимумы (минимумы), т. е. замечают расстояния , на которых укладываются 6 длин полуволн, а затем подсчитывают среднее его значение и среднее значение длины волны. По справочнику находят скорость звука при данной температуре и определяют частоту звукового генератора по формуле

Определить длину волны можно и другим способом, собрав установку. электрическая схема которой приведена на рисунке (Приложение 2). Рупоры микрофона и громкоговорителя располагают навстречу друг другу.

При некотором расстоянии между громкоговорителем и микрофоном может оказаться, что сигналы от звукового генератора и микрофона (после усилителя) находятся в противофазе, тогда гальванометр покажет минимум. По мере перемещения любого прибора вдоль прямой, соединяющей эти приборы, разность фаз будет меняться, и при перемещении на полволны сигналы окажутся в фазе — гальванометр покажет максимум. Продолжая движение в прежнем направлении, можно вновь добиться минимального показания гальванометра после перемещения на полволны. Так можно отсчитывать расстояния, равные длине волны (или нескольким длинам волн).

При выполнении эксперимента целесообразно двигать громкоговоритель, исключая лишние толчки микрофона.

Третий способ определения длины волны основан на фиксировании узлов (или пучностей) стоячих волн, которые можно получить, если на некотором расстоянии от громкоговорителя поместить экран (Приложение 3). Перемещая микрофон между громкоговорителем и экраном, можно наблюдать минимумы и максимумы показаний гальванометра. Максимальные показания будут тогда, когда микрофон попадает в область пучности. Если перемещение микрофона начать с момента минимума показания гальванометра, то при перемещении на расстояние, равное длине волны, прибор покажет два минимума.

Расчет длинны волны и частоты колебаний

Первый метод:

При температуре 20 ^СС скорость звука = 343 м/с. В процессе эксперимента отсчитывалось 6 минимумов (или максимумов) показаний авометра со шкалой 0,5 мА переменного тока: